Многие компании уже давно уделяют внимание созданию самолётов с батареями, стремясь к более экологически чистому будущему авиации. Но, несмотря на то, что электрические самолёты существуют с 1970-х годов, они так и не стали широко распространёнными.
Почему они до сих пор не взлетели?
Немного истории
В конце XIX века два французских офицера начали эксперименты с электричеством, пытаясь запустить дирижабль. Но у них ничего не получилось, потому что батареи не могли хранить достаточное количество энергии. Эта проблема оставалась нерешённой на протяжении следующих ста лет.
Только с появлением никель-кадмиевых батарей в 1950-х годах, первый электрический самолёт наконец поднялся в воздух. Но его полёт длился всего лишь около 15 минут.
В 1980-х годах были изобретены литий-ионные батареи, которые могли хранить гораздо больше энергии. Это позволило реализовать такие проекты, как Solar Impulse 2 — солнечный самолёт, совершивший кругосветное путешествие за 16 месяцев в 2015 году. Правда, его средняя скорость составляла всего лишь 45–55 км/ч.
Авиация — это, конечно, удобно, но всё это оставляет огромный углеродный след. В 2019 году авиация выбросила около миллиарда тонн CO2, что составляет 2,5% всех глобальных выбросов. Это почти столько же, сколько выбрасывает весь континент Южная Америка за год. Чтобы меньше вредить природе, нужно менять авиацию. Один из способов — использовать электричество.
Почему электрические самолёты до сих пор не летают?
Есть две основные проблемы:
1. Технология батарей
Чтобы самолёт смог подняться в воздух, ему необходима батарея, сочетающая в себе высокую мощность и компактные размеры. Но современные батареи этим требованиям пока не отвечают.
Эффективность батареи измеряется удельной энергией — количеством энергии, которое она может хранить на килограмм своего веса. Лучшие современные батареи обладают удельной энергией около 250 Вт·ч/кг, в то время как для полётов требуется как минимум 800 Вт·ч/кг. Для сравнения, у авиационного топлива этот показатель составляет почти 12 000 Вт·ч/кг.
Современные батареи можно сравнить с компьютерами 1980-х годов: они были большими, но не очень мощными. Чтобы увеличить мощность самолёта, требуется более крупная батарея, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса. Чтобы компенсировать этот вес, необходима ещё более мощная батарея, и этот процесс продолжается по кругу.
2. Сертификация
В США, например, для тестирования и полётов электрических самолётов необходимо получить разрешение от Федерального управления гражданской авиации (FAA). Компании должны подтвердить безопасность каждого элемента своего самолёта, включая испытания на пожаробезопасность батарей.
Если что-то пойдёт не так, вы не сможете как на машине остановиться на обочине. У самолёта есть только один путь — вниз. Поэтому требования к надёжности и безопасности гораздо выше.
Модернизация старых самолётов.
Чтобы ускорить процесс, компании начали модернизировать старые самолёты, заменяя традиционные двигатели на электрические.
- Первый этап: В 2007 году компания Pipistrel создала первый в мире двухместный электрический самолёт, установив электродвигатель в планер. Такие самолёты сейчас используются для обучения пилотов.
- Второй этап: Гибридные самолёты. Например, компания Ampere заменила один из двух двигателей в самолёте Cessna 1973 года на электрический.
- Третий этап: В 2019 году компания MagniX и авиакомпания Harbour Air провели первый в мире коммерческий полёт на полностью электрическом самолёте. Это был 15-минутный тестовый полёт на модернизированном 62-летнем самолёте.
Но тут есть свои ограничения. Вес батарей сокращает дальность полёта. Например, электрический самолёт Harbour Air может пролететь чуть больше 160 км (это расстояние между Москвой и Тверью). Для успеха нужно летать гораздо дальше.
Другие решения
Израильская компания Eviation предлагает другое решение: они построили самолёт с нуля. Их 9-местный самолёт Alice спроектирован вокруг батареи, чтобы снизить вес. Теоретически он может пролететь до 1046 км (это как от Москвы до Санкт-Петербурга). Но, чтобы получить сертификат на такой самолёт, потребуется больше времени.
Почему это важно?
Большинство авиаперелётов — это короткие маршруты. В 2018 году почти половина всех проданных авиабилетов в мире была на рейсы менее 800 км. Но для таких перелётов часто используются большие самолёты, которые рассчитаны на тысячи километров. Это неэффективно и дорого.
Электрические самолёты могут изменить ситуацию. Они дешевле в эксплуатации, тише и экологичнее. Например, Alice может сэкономить около $800 за час полёта по сравнению с обычным турбовинтовым самолётом. Кроме того, электрические самолёты могут использовать тысячи уже существующих, но заброшенных взлётных полос.
Что нас ждёт в будущем?
В ближайшие 15 лет мы можем увидеть электрические самолёты, которые будут летать на короткие и средние расстояния. Компании вроде Uber уже работают над электрическими летающими такси (eVTOL), которые смогут доставлять пассажиров прямо из дома в аэропорт. Крупные игроки, такие как Airbus, Boeing и Rolls-Royce, тоже инвестируют в это направление.
Но чтобы электрические самолёты стали реальностью, нужны более эффективные батареи. И здесь возникает вопрос: кто готов вложить миллиарды долларов в разработку?